一種光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片及其制作和使用方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片，包括第一光纖光柵、第二光纖光柵、彈性體和安裝臂，彈性體為一個(gè)中空的、既軸對(duì)稱(chēng)又中心對(duì)稱(chēng)的變形體；其中第一光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的一面，第二光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的另一面，第一光纖光柵和第二光纖光柵相互垂直，二者的光柵均通過(guò)彈性體的中心且不接觸；所述的安裝臂固定在彈性體的兩側(cè)，且與第一光纖光柵在同一方向；安裝臂的厚度大于彈性體的厚度，安裝臂上設(shè)有用于穿過(guò)第一光纖光柵的尾纖的開(kāi)槽。本發(fā)明結(jié)構(gòu)采用兩端粘貼的方式，可保證光柵部位受力均勻，消除啁啾化現(xiàn)象，從而保證檢測(cè)的精度，兩端粘貼的方式還可使應(yīng)變片的制作工藝更加簡(jiǎn)單，更易于操作。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片及其制作和使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感部件，具體涉及一種光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片及其制作和使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了進(jìn)行結(jié)構(gòu)的受力分析或監(jiān)測(cè)受機(jī)械負(fù)載的構(gòu)件，常使用電阻應(yīng)變片檢測(cè)被加載力的結(jié)構(gòu)元件的應(yīng)變。這種電阻應(yīng)變片由基底、敏感柵、覆蓋層以及引出線組成，敏感柵是電阻應(yīng)變量轉(zhuǎn)化為電阻變化量的敏感部分；基底和覆蓋層具有定位和保護(hù)電阻絲與被測(cè)體絕緣的作用；引線起著連接測(cè)量導(dǎo)線的作用；為了檢測(cè)與負(fù)載相關(guān)的應(yīng)變，這些電阻應(yīng)變片被敷設(shè)在被監(jiān)測(cè)構(gòu)件上，并通過(guò)測(cè)量敏感柵的電阻變化將應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，該信號(hào)與應(yīng)變或作用力成比例。電阻應(yīng)變片具有體積小、易于安裝等特點(diǎn)，但它對(duì)于電磁場(chǎng)或高壓場(chǎng)的影響十分敏感，并且在易燃易爆場(chǎng)合不允許使用。
[0003]光纖傳感技術(shù)是伴隨光纖通信技術(shù)而產(chǎn)生的一項(xiàng)重要發(fā)明，由于該技術(shù)采用的是光信號(hào)調(diào)制的方式，因此本質(zhì)上具備良好的抗電磁干擾能力，同時(shí)隨著制作工藝的深入研究和改進(jìn)，使其具備寬動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)范圍、高靈敏度等特點(diǎn)，光信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)，便于組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量，這些優(yōu)點(diǎn)均為工程監(jiān)測(cè)提供了有效的解決辦法，因此受到了國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。但是，在光纖光柵傳感器的工程應(yīng)用中還存在著如下問(wèn)題:(1)由于光纖光柵傳感器對(duì)溫度和應(yīng)變均敏感，應(yīng)用時(shí)需解決溫度和應(yīng)變交叉敏感的問(wèn)題。(2)光纖光柵本身具有一定的長(zhǎng)度，如果直接固化在被監(jiān)測(cè)的構(gòu)件上，則很難保證光柵所受的應(yīng)變場(chǎng)是均勻的，這樣就容易導(dǎo)致光纖光柵的啁啾化，影響測(cè)量的精度。(3)直接將光纖光柵固化于被監(jiān)測(cè)體上，不便于工程化施工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服光纖光柵傳感技術(shù)上述的問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、封裝工藝易于操作的光纖光柵應(yīng)變片。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為:一種光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片，其特征在于:它包括第一光纖光柵、第二光纖光柵、彈性體和安裝臂，彈性體為一個(gè)中空的、既軸對(duì)稱(chēng)又中心對(duì)稱(chēng)的變形體；其中第一光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的一面，第二光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的另一面，第一光纖光柵和第二光纖光柵相互垂直，二者的光柵均通過(guò)彈性體的中心且不接觸；所述的安裝臂固定在彈性體的兩側(cè)，且與第一光纖光柵在同一方向；安裝臂的厚度大于彈性體的厚度，安裝臂上設(shè)有用于穿過(guò)第一光纖光柵的尾纖的開(kāi)槽。
[0006]按上述方案，第一、第二光纖光柵與彈性體的粘貼點(diǎn)分別設(shè)有開(kāi)槽。
[0007]按上述方案，所述的彈性體為圓環(huán)狀變形體或中空正多邊形變形體。
[0008]—種上述光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片的制作方法，其特征在于:
[0009]在彈性體的兩面分別設(shè)置一對(duì)開(kāi)槽，每對(duì)開(kāi)槽的連線均通過(guò)彈性體的中心；[0010]安裝臂固定在彈性體的兩側(cè)，且安裝臂也設(shè)置開(kāi)槽，安裝臂的開(kāi)槽與彈性體的其中一對(duì)開(kāi)槽在同一直線上；
[0011]經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸的第一光纖光柵沿彈性體一面的開(kāi)槽放置，其光柵位于彈性體的中心軸上且其尾纖放置在彈性體和安裝臂的開(kāi)槽中涂膠固定；經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸的第二光纖光柵沿彈性體另一面的開(kāi)槽放置，其光柵位于彈性體的中心軸上且其尾纖放置在彈性體的開(kāi)槽中涂膠固定。
[0012]利用上述制作方法制作的光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片的使用方法為:
[0013]將光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片通過(guò)安裝臂固定在被監(jiān)測(cè)體上，被監(jiān)測(cè)體應(yīng)變改變引起變形環(huán)的形變，進(jìn)而使第一光纖光柵和第二光纖光柵中心波長(zhǎng)差發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)兩個(gè)光纖光柵中心波長(zhǎng)差的變化量，得出被監(jiān)測(cè)體所產(chǎn)生的應(yīng)變量。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:
[0015]1、利用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的光纖光柵應(yīng)變片及制作方法，使兩光柵波長(zhǎng)變化量之差僅與應(yīng)變片受力的大小線性相關(guān)，而與溫度無(wú)關(guān)，消除了應(yīng)變和溫度的交叉敏感；本發(fā)明結(jié)構(gòu)采用兩端粘貼的方式，可保證光柵部位受力均勻，消除啁啾化現(xiàn)象，從而保證了檢測(cè)的精度，兩端粘貼的方式還可使應(yīng)變片的制作工藝更加簡(jiǎn)單，更易于操作，這將為光纖光柵傳感技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供有力的支持；安裝臂略厚于彈性體，以保證應(yīng)變片僅通過(guò)安裝臂感知被監(jiān)測(cè)體的受力，從而帶動(dòng)彈性體產(chǎn)生形變，可消除應(yīng)變片直接接觸被監(jiān)測(cè)體時(shí)受力不均影響應(yīng)變片的準(zhǔn)確性和一致性。
[0016]2、第一、第二光纖光柵均須預(yù)拉伸后粘貼于彈性體上，這樣能使彈性體對(duì)正負(fù)應(yīng)變均可實(shí)現(xiàn)感知。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為圖1的俯視圖。
[0019]圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為圖3的俯視圖。
[0021]圖中:1-第一光纖光柵，2-第二光纖光柵，3-環(huán)狀變形體，4-第一安裝臂，5-第二安裝臂
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]一種光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片，其特征在于:它包括第一光纖光柵、第二光纖光柵、彈性體和安裝臂，彈性體為一個(gè)中空的、既軸對(duì)稱(chēng)又中心對(duì)稱(chēng)的變形體；其中第一光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的一面，第二光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的另一面，第一光纖光柵和第二光纖光柵相互垂直，二者的光柵均通過(guò)彈性體的中心且不接觸；所述的安裝臂固定在彈性體的兩側(cè)，且與第一光纖光柵在同一方向；安裝臂的厚度大于彈性體的厚度，安裝臂上設(shè)有用于穿過(guò)第一光纖光柵的尾纖的開(kāi)槽。
[0024]實(shí)施例一:
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1的俯視圖，它包括第一光纖光柵1、第二光纖光柵2、彈性體和安裝臂，彈性體為一個(gè)圓環(huán)狀變形體3 (本實(shí)施例中使用的是鋼制的圓環(huán)狀變形體)；其中第一光纖光柵I的兩端粘貼在圓環(huán)狀變形體3的一面，第二光纖光柵2的兩端粘貼在圓環(huán)狀變形體3的另一面,第一光纖光柵I和第二光纖光柵2相互垂直，二者的光柵均通過(guò)圓環(huán)狀變形體3的圓心軸且不接觸；所述的安裝臂固定在圓環(huán)狀變形體3的兩側(cè),分為第一安裝臂4和第二安裝臂5,且與第一光纖光柵I在同一方向；安裝臂的厚度略大于(厚度差大于光纖的直徑即可)圓環(huán)狀變形體3的厚度，安裝臂上設(shè)有用于穿過(guò)第一光纖光柵I的尾纖的開(kāi)槽。在圓環(huán)狀變形體3上也有開(kāi)槽用于第二光纖光柵2尾纖的引出。
[0026]當(dāng)在圓環(huán)狀變形體上的第一光纖光柵固化的兩端位置加載力F時(shí),第一光纖光柵和第二光纖光柵產(chǎn)生的應(yīng)變量分別是:
【權(quán)利要求】
1.一種光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片，其特征在于:它包括第一光纖光柵、第二光纖光柵、彈性體和安裝臂，彈性體為一個(gè)中空的、既軸對(duì)稱(chēng)又中心對(duì)稱(chēng)的變形體；其中第一光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的一面，第二光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的另一面，第一光纖光柵和第二光纖光柵相互垂直，二者的光柵均通過(guò)彈性體的中心且不接觸；所述的安裝臂固定在彈性體的兩側(cè)，且與第一光纖光柵在同一方向；安裝臂的厚度大于彈性體的厚度，安裝臂上設(shè)有用于穿過(guò)第一光纖光柵的尾纖的開(kāi)槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片，其特征在于:第一、第二光纖光柵與彈性體的粘貼點(diǎn)分別設(shè)有開(kāi)槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片，其特征在于:所述的彈性體為圓環(huán)狀變形體或中空正多邊形變形體。
4.一種權(quán)利要求1或2或3所述的光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片的制作方法,其特征在于: 在彈性體的兩面分別設(shè)置一對(duì)開(kāi)槽，每對(duì)開(kāi)槽的連線均通過(guò)彈性體的中心； 安裝臂固定在彈性體的兩側(cè)，且安裝臂也設(shè)置開(kāi)槽，安裝臂的開(kāi)槽與彈性體的其中一對(duì)開(kāi)槽在同一直線上； 經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸的第一光纖光柵沿彈性體一面的開(kāi)槽放置，其光柵位于彈性體的中心軸上且其尾纖放置在彈性體和安裝臂的開(kāi)槽中涂膠固定；經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸的第二光纖光柵沿彈性體另一面的開(kāi)槽放置，其光柵位于彈性體的中心軸上且其尾纖放置在彈性應(yīng)變片的開(kāi)槽中涂膠固定。
5.利用權(quán)利要求4所述的光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片的制作方法制作的光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片的使用方法為: 將光纖光柵差動(dòng)應(yīng)變片通過(guò)安裝臂固定在被監(jiān)測(cè)體上，被監(jiān)測(cè)體應(yīng)變改變引起變形環(huán)的形變，進(jìn)而使第一光纖光柵和第二光纖光柵中心波長(zhǎng)差發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)兩個(gè)光纖光柵中心波長(zhǎng)差的變化量，得出被監(jiān)測(cè)體所產(chǎn)生的應(yīng)變量。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK103940359SQ201410160233
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】潘建軍, 李維來(lái), 王立新, 劉捷, 魯曉珊, 龐錦 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)